一种金属锚定石墨炔材料及其制备方法、应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115084557A(43)申请公布日2022.09.20(21)申请号202210818125.X(22)申请日2022.07.13(71)申请人齐鲁工业大学地址250399山东省济南市长清区大学路3501号(72)发明人王帅袁亚男李平车忠梅崔敏(74)专利代理机构济南泉城专利商标事务所37218专利代理师陈娟(51)Int.Cl.H01M4/90(2006.01)H01M4/88(2006.01)B82Y30/00(2011.01)B82Y40/00(2011.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种金属锚定石墨炔材料及其制备方法、应用(57)摘要本发明属于催化剂技术领域，尤其涉及一种金属锚定石墨炔材料及其制备方法、应用。该方法通过以下步骤实现：取石墨炔和氯化金属分别放入两个瓷舟，置于管式炉中；对管式炉进行抽真空，然后在氨气气氛下，升温反应，反应结束后降温，得到金属锚定石墨炔材料。本发明利用氯化金属的蒸发吸附在NH3上，并利用石墨炔特有的sp杂化碳对金属实现锚定，低温下制得具有低成本、高活性和高稳定性的非贵金属基碳纳米电催化材料，利用金属、氮‑碳活性中心的协同作用同时实现电催化氧还原和析氧反应，实现催化活性和稳定性的显著提升，为低温制备非贵金属电催化剂的产业化应用提供了理论支撑和技术支持。CN115084557ACN115084557A权利要求书1/1页1.一种金属锚定石墨炔材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）取石墨炔和氯化金属分别放入两个瓷舟，置于管式炉中；（2）对管式炉进行抽真空，然后在氨气气氛下，升温反应，反应结束后降温，得到金属锚定石墨炔材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，管式炉中，装有氯化金属的瓷舟靠近进气口端，装有石墨炔的瓷舟靠近出气口端。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述氯化金属为六水合氯化钴、氯化铁、氯化锰或氯化铜；所述氯化金属和石墨炔的质量比为1：50‑150。4.根据权利要求1‑3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述氨气的进气速度为140‑160mL/min。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述升温反应为以4‑6℃/min的升温速率升温至700‑900℃保持2‑4h。6.一种如权利要求1‑5任一项所述的制备方法制备得到的金属锚定石墨炔材料。7.一种如权利要求6所述的金属锚定石墨炔材料在电催化领域中的应用。2CN115084557A说明书1/3页一种金属锚定石墨炔材料及其制备方法、应用技术领域[0001]本发明属于催化剂技术领域，尤其涉及一种金属锚定石墨炔材料及其制备方法、应用。背景技术[0002]随着能源需求的增长和环境污染的加剧，开发和利用清洁能源是实现绿色可持续发展的重要途径。电催化材料在包括燃料电池和金属‑空气电池等能源转换技术中发挥着关键作用。而燃料电池和金属‑空气电池中的电极反应，包括氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)、氢析出反应(HER)，动力学缓慢，需要引入催化剂来提升反应速率。Pt和Ir等贵金属对多种电催化过程呈现出高活性，如Ir对氧析出反应，Pt对氧还原反应和氢析出反应，因此常被用作电催化剂。虽然贵金属呈现出优异的催化性能，但高昂的价格阻碍了其广泛应用。选择合适的催化剂材料是改变氧电极反应动力学的关键。目前，开发高效、低成本的催化剂已成为电催化技术应用的迫切需要。[0003]在非贵金属电催化剂的开发过程中，碳材料因其性价比高、导电性好、比表面积高、稳定性好而得到了广泛的关注。电催化氧还原和析氧反应中的性能对于碳材料具有重要影响。因此，开发一种同时应用于电催化氧还原和析氧反应的高活性、高稳定性的金属锚定石墨炔材料，实现非贵金属电催化剂在商用燃料电池上的广泛应用具有广泛的经济效益和社会效益。发明内容[0004]为了得到同时应用于电催化氧还原和析氧反应的高活性、高稳定性的非贵金属电催化材料，本发明提供了一种金属锚定石墨炔材料，该材料是将氯化金属吸附在NH3上，并利用石墨炔的sp杂化碳锚定金属而得到的。[0005]本发明的另一目的是提供了一种上述金属锚定石墨炔材料的制备方法，所述制备方法操作简单，解决了现有技术中贵金属催化剂成本高、储量低的问题。[0006]本发明的又一发明目的是提供了上述金属锚定石墨炔材料在电催化氧还原和析氧反应中的应用，该材料具有优异的电催化性能。[0007]为解决上述技术问题，本发明采用以下的技术方案：本发明提供了一种金属锚定石墨炔材料的制备方法，包括以下步骤：（1）取石墨炔和氯化金属分别放入两个瓷舟，置于管式炉中；（2）对管式炉进行抽真空，然后在氨气气氛下，升温反